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アーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置

国内特許コード P010000022
整理番号 U1998P028
掲載日 2002年9月30日
出願番号 特願平10-248508
公開番号 特開2000-075074
登録番号 特許第2939547号
出願日 平成10年9月2日(1998.9.2)
公開日 平成12年3月14日(2000.3.14)
登録日 平成11年6月18日(1999.6.18)
発明者
  • 久保田 雄輔
  • 野田 信明
出願人
  • 大学共同利用機関法人自然科学研究機構
発明の名称 アーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置
発明の概要 核融合装置に用いられるダイバータ板の冷却を行う除熱装置に関する発明である。熱耐性が高く、また、アーマタイルから冷却管までの間の熱伝導率が高まり、除熱効率を向上させることができると共に、全体的な構造の簡略化と軽量化ができるアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置である。アーマタイルとヒートシンクを同じ材料で一体化した構造の一体型アーマタイル・ヒートシンク部材と、ヒートシンクの部分に設置される冷却管と、ヒートシンクと冷却管との間にわたり介在したスーパーグラファイトシートと、スーパーグラファイトシートを間に挟み込んでヒートシンクの部分に冷却管を締結固定する手段とを有することを特徴とする。一体型アーマタイル・ヒートシンク部材はグラファイト製、又はカーボン複合材製である。冷却管を締結固定する手段は、バックプレートとヒートシンクに締結するボルトとを有する。バックプレートはグラファイト製である。アーマタイルとヒートシンクを同じ材料で一体化した構造としているため、銅製のヒートシンクがなくなり、かつ熱流の障害となっていた機械接合面も一箇所に減った。そして、従来のカーボンシートに比較して大幅に特性が優れているスーパーグラファイトシートを機械接合面に使用している。これらの結果、構造が簡単、軽量になったと共に、熱特性が飛躍的に改善された。また、冷却管とボルトを除いて全のものが熱伝導性、耐熱性等の熱特性に優れた材料、例えばグラファイトで作ることが可能になった。
従来技術、競合技術の概要 核融合実験装置の真空容器内において、高熱流速ダイバータプラズマが当たる壁の部分には高熱負荷でステンス製の真空容器が熔融してしまうことを防ぐためにダイバータ板が設置されている。ダイバータ板は高熱になり易いので熱を除去するための除熱装置が組み込まれている。従来の除熱装置にあってはアーマタイルとヒートシンクが別部材であり、両部材が間にカーボンシートを挟み込んで互いに接合する形式のものである。このため、熱伝導率を高めるために両者を強い締付け力で接合させることが望ましいが、グラファイト製のアーマタイルであるため、ボルトによって両部材を強く締め付けるとアーマタイルが割れてしまう。アーマタイルとヒートシンクを密着させるためにはアーマタイルの裏面、及びこれを受けるヒートシンクの突当て面を凹凸のない高精度の平坦な面に加工する必要があった。さらに冷却管との接合も高い密着性が望まれる。したがって、その加工性を考えると、銅製のものとせざるを得なかった。したがって、250度以上の温度にさらすとその強度が急激に低下し、熱耐性に劣る。また、アーマタイルとヒートシンクの間には機械的接合部が存在し、熱流の障害となって熱伝導率が低下し、特に高熱流束下では除熱効率がかなり悪くなっていた。さらにアーマタイルと冷却管の間の熱流経路の途中には2つの接合部と2つのカーボンシートが介在しており、それぞれの接合部分が熱抵抗を高める大きな要因となっており、これが除熱装置の除熱特性を悪くしていた。さらにアーマタイル、ヒートシンク、冷却管及び2つのカーボンシートなどの多くの部材を機械的に接合して組み立てられるため、部品点数の多い複雑で、重量も大きな構造であった。
産業上の利用分野 核融合装置に用いられるアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置
特許請求の範囲 【請求項1】 アーマタイルとヒートシンクを同じ材料で一体化した構造の一体型アーマタイル・ヒートシンク部材と、上記ヒートシンクの部分に設置される冷却管と、上記ヒートシンクと上記冷却管との間にわたり介在したスーパーグラファイトシートと、上記スーパーグラファイトシートを間に挟み込んで上記ヒートシンクの部分に上記冷却管を締結固定する手段とを具備したことを特徴とするアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置。

【請求項2】 一体型アーマタイル・ヒートシンク部材はグラファイト製であることを特徴とする請求項1に記載のアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置。

【請求項3】 一体型アーマタイル・ヒートシンク部材はカーボン複合材であることを特徴とする請求項1に記載のアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置。

【請求項4】 冷却管を締結固定する手段は、ヒートシンクの部分に冷却管を押し付けるバックプレートと、このバックプレートを上記ヒートシンクに締結するボルトとを有することを特徴とする請求項1に記載のアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置。

【請求項5】 バックプレートはグラファイト製であることを特徴とする請求項4に記載のアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置。

【請求項6】 アーマタイルとヒートシンクをグラファイトで一体化した構造の一体型アーマタイル・ヒートシンク部材と、上記ヒートシンクの部分に接合するバックプレートと、上記ヒートシンクの部分とバックプレートの間に設置される冷却管と、上記ヒートシンクとバックプレートの両者にそれぞれ形成された溝により構成された上記冷却管を設置するヒートシンク孔と、上記ヒートシンク及びバックプレートと上記冷却管との間に介在したスーパーグラファイトシートと、上記スーパーグラファイトシートを挟み込んで上記ヒートシンク及びバックプレートの間に設置した上記冷却管を締結固定する手段とを具備したことを特徴とするアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置。

【請求項7】 バックプレートはグラファイト製であることを特徴とする請求項6に記載のアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置。
産業区分
  • 原子力
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 権利存続中
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